cookieOptions = {...}; ‧ 北斗 “中國精度” 釐米級挑戰 GPS - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2015年7月21日 星期二

leiphone 金楠

近日,中國大陸導航企業合眾思壯近日宣佈,首個陸產星基增強服務系統“中國精度”正式提供服務,並向全球同步發佈,借助“中國精度”。

這意味著,中國北斗用戶在無需架設基站的情況下,可以在全球任一地點,享受釐米級的高精度增強服務。

合眾思壯介紹說,“中國精度”是中國首家覆蓋全球運營的星基增強服務系統,該系統於2013年底提出建設,具有全部自主智慧財產權和全部控制權,不僅打破國際企業的技術壟斷和封鎖,保障中共國家地理空間資訊的安全性和自主權,還彌補了中國衛星導航產業的技術空白。

和之前北斗高精度手機問世的消息時,所引發的大量關注一樣,“中國精度”也背負著滿滿的驕傲、自豪和強國夢,然而,釐米級的定位是如何實現的?它的現實意義又有哪些呢?

為什麼對岸中國興奮於“釐米定位”?
想回答這個問題,需要先對“中國精度”所基於的北斗導航系統的定位原理,做個簡單介紹,而提到北斗,自然也就少不了拿導航,和定位技術的先驅GPS做比照。

先來說說GPS的定位原理,GPS系統主要由三部分組成,分別是空間星座(21 顆工作衛星和 3 顆備用衛星)、地面監控系統,以及終端設備(GPS接收器)——24顆衛星均勻分佈在 6 個軌道平面上,然後通過將軌道面設定成特定角度,保證了全球任何地點、時間和接收器,都能夠接收到4顆衛星的信號。

值得一提的是,GPS誕生之初,即被設計成單向傳輸的定位系統,即終端只接受而不對外發送信號,而這就牽扯到了一個問題,因為衛星只會播報自己的位置,而GPS又只能接收衛星資料,那麼使用者位置是如何在過程中被確定的?這時候就需要利用終端設備從從GPS衛星收到信號,並利用傳來的資訊,去計算出使用者的三維位置及時間。而計算工作的主要仰仗,就是GPS晶片與原子鐘。

GPS晶片的核心作用,是讀懂衛星發來的資訊,並進行相關運算,而原子鐘則是為了保證時間的精度。

因為衛星播報自己位置時,會附上資訊發出的時間,終端設備在接收到資訊後,再用當前時間,減去發送時間後,再乘以光速,最終得出終端與衛星的距離。而即便是再微小的誤差,因為需要乘以光速,最終的結果亦都會差之千里,因此,原子鐘在定位系統就顯得極其重要。

而北斗導航系統和GPS大致上相似,其是由分別對應GPS三大組成部分的空間段、地面段和使用者段三部分組成。其中,北斗導航系統的空間段(計畫)由35 顆衛星組成,其中包括 5 顆靜止軌道衛星、27 顆中地球軌道衛星,和3 顆傾斜同步軌道衛星,而之所以北斗比GPS多出了11顆衛星,則是出於衛星分佈方式不同、工程週期以及滿足其“有源接收”功能等因素所致。


這裡需要明確的是,第一代北斗導航系統的定位原理屬於有源定位,可靠性較差,而現在的第二代北斗導航系統,已採用了類GPS的無源定位技術。

而因為有著衛星數量上的優勢,加上“有源接收”和“短報文傳訊”等GPS所不具備的功能,北斗導航系統在定位信號、精度,以及易用性上都有一定的優勢,這也是其能夠快速追趕GPS的主因。

而解釋完了導航技術的原理,也就不難理解,釐米級定位其實就是定位精度上,取得突破的體現,而定位精度越高,其所能適用於的領域也就越廣,實際價值也就越大。

釐米級定位是怎麼實現的?
從技術上看,北斗系統之所以能實現從米級到釐米級的進步,“地基增強網”這一系統起到了關鍵作用。

所謂“地基增強網”系統,是一套相容北斗、GPSGLONASS等導航定位系統的綜合性服務系統,由一系列地面衛星基準站組成,通過接收和處理移動通信、廣播、衛星等播發手段及相應接收終端來提高定位精度。

而很多人可能無法理解,釐米級定位是個什麼概念?舉個例子來說,當我們在看好萊塢大片時,看到那種飛機投射炮彈,精準射進大樓中的某個房間裡,甚至是工廠裡的一個煙囪孔中,所依靠的就是釐米級,甚至是更精準的定位技術所實現的。

而除了戰爭和國防領域之外,包括精細農業、災害監測、土地水利、智慧電網、行動通信等方面,釐米級定位技術也大有可為,比如智慧城市中的關鍵環節——交通,在有了釐米級技術之後,就能在地圖上完全顯示實際行走路線,對重點運營車輛、工程車輛、大貨車、校車等進行精確監控,對非法超車等行為進行即時智慧化監管等等。

再比如,將定位技術和資訊與氣象、環保、城建等互聯起來之後,當某地的建築物發生沉降或變形,北斗系統也能快速偵測到感測器的偏移和變化,從而自動報警,類似的方案還可以應用於醫療急救等領域。

有了釐米級定位還不夠,北斗挑戰GPS還道阻且長
然而,雖然北斗在實現了釐米級定位之後,於精度上與GPS已經差距不大,但這並不意味著前者就有了挑戰後者的資本。首先,上文提到釐米級定位的主要實現方式,是依靠“地基增強網”來實現的,但是地面基準站的選址,和建設是有限制的,不可能多快,也不可能多普遍的覆蓋,而這麼一來,北斗系統的精度相比GPS來說,實際中優勢體現的也就有限了。

而且,北斗系統的起步時間太晚,目前市佔率只在1%左右,即便有著雙向通信的獨有技術優勢,以及較好的性價比,但想要彎道超車卻很難,因為技術上的落後是難以逾越的,比如上文提到的GPS晶片,早前就有統計指出中國衛星導航晶片市場,高達95%的已被美國GPS晶片佔領,而中國大部分企業,不具備研發此類多模導航晶片的能力,已經成為了北斗衛星導航應用產業化的重大瓶頸之一,如果不解決這個問題,中國的導航晶片產業將繼續在低產品附加值狀態徘徊,實現北斗加GPS導航逐漸替代美國GPS導航的規劃也將步履艱難——而這就是後來者的無奈。

不過反過來說,北斗系統起步至今時間還很短,遠不比GPS20多年時間,而且相比較俄羅斯的Glonass,和歐洲的Galileo來說,北斗系統的優勢還是不小的。更重要的是,它是中國自主控制的,也就是說在這個領域中,中國已經無懼美國的壟斷——要知道,美國曾在海灣戰爭時,置歐洲盟國於不顧而強行關閉對歐GPS服務,而在現代戰爭中,如果失去了對定位系統的掌握,那麼也就基本意味著是任人宰割。

孫子曰:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。

                                                                                                                                                                                                                            

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